Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Производительность колонны синтеза аммиака (м3/ч)
VnH3=V1 шоС;Т^С2, (И.Ю)
где C1 —содержание аммиака в газе на входе в колонну, об.%; C2 —содержание аммиака в газе на выходе из колонны, об. %. Объем газовой смеси на выходе из колонны
V2=V1-^+VmV (НИ)
где I7NH3 — объем аммиака, образовавшегося в колонне синтеза, м3. Производительность водяного конденсатора
^NH3=V2 100_(, д. aap)Cs. ("¦12)
где Vnh, —объем газообразного аммиака, сконденсировавшегося в водяном конденсаторе, м3; C3 — концентрация аммиака в газовой смеси после конденсатора, об. %; аав, ам, о,ф —растворимость азотоводородной смеси, метана, аргона (рис. 17).
Объем газа после первичного сепаратора (м3) Va=Vt-V'NH-(аав + аа + аар) V'NHt.
Производительность конденсационной колонны (м3/ч)
¦V'nii.
-VnrC30,01.
пр
Количество растворенных газов в жидком аммиаке (м3)
^в = «авСав°.01 (^ NH3+ V^H3). ^р = %СаР°'01(^Н +VnH3)P,
содержание азотоводородной смеси,
(11.13) (11.14) (11.15)
где Сав, См, Caf и аргона в газовой смеси, об. %. Общий объем продувки (м3)
V" =-
пр 1
Vnp
метана
(П.16)
Содержание инертных примесей в продувочных газах определяется по формуле
V =
пр
где і — содержание инертных куляционном газе после первичного сепаратора, об. %. Используя уравнение (11.17), можно определить содержание инертных примесей в цикле при заданном расходе азотоводородной смеси или рассчитать Усв при заданном і.
Колонна синтеза—основной, наиболее важный аппарат установки для получения синтетического аммиака. Конструкция колонны должна быть надежной и обеспечивать безопасную и длительную работу. Поэтому к стали, идущей на изготовление колонны, предъявляются высокие требования. Водород и аммиак, содержащиеся в га-
Vcb (CM + Cap)0,01-VM-V
ар
(Н.17)
примесей (метана и аргона) в цир-
0,035
5 0,03
\, to
- 0,02
I ї
Ǥ 0,01
1
3,5/0'4
3-ю-4
210'4 NO'4
<
S
t
зовой
смеси, при повышенной
Температура, 0C
Рис. 17. Растворимость азотоводородной смеси, метана и аргона в жидком аммиаке в пересчете на 1 м3 газообразного NH3:
/ - CH1 при P = 10» Н/м2; 2 - N2 + ЗН2 при P = 3-10' Н/м2; 3 — Ar при P = 10' Н/мЗ
А з ото-водородиая смесь
температуре действуют на сталь, снижая ее прочность. Особенно опасно обезуглероживание стали при высоких температурах под действием водорода, проникающего в сталь. Для снижения температуры стенок холодная азотоводородная смесь, поступающая в колонну синтеза, проходит вдоль внутренней поверхности цилиндра колонны. Корпус колонны синтеза аммиака изготавливается из хро-мованадиевой стали. Ранее колонны изготовляли из слитка стали методом сверления по оси. Затем рассверленный цилиндр проходил сложную механическую и термическую обработку.
В последнее время получили распространение витые и сварные корпуса колонн синтеза. Внутреннее устройство (насадка) колонн синтеза обычно оформляется в виде трубчатого контактного аппарата с двойными теплообменными трубками. Широко применяются также полочные насадки с аксиальным ходом газа в слое катализатора, а в последнее время — с радиальным. На рис. 18 показана трубчатая колонна синтеза аммиака для систем среднего давления. Колонна представляет собой стальной цилиндр с толщиной стенки 176—200 мм и высотой 12—20 м. В современных колоннах внутренний диаметр составляет 1,0—2,8 м. Колонна устанавливается вертикально. Сверху и снизу колонна закрывается стальными крышками, укрепленными при помощи фланцев.
Конструктивно колонны различаются, главным образом, размерами корпуса и устройством внутренней насадки. В рассматриваемой колонне среднего давления в верхней части расположена катализаторная коробка, в нижней —теплообменник, обеспечивающий автотермичность процесса. Корпус колонны имеет тепловую изоляцию, что устраняет возможность возникновения в стенке корпуса термических напряжений, возникающих в результате разности температур внутренней и наружной поверхностей колонны. Катализатор загружается на колосниковую решетку. Чтобы обеспечить равномерное распределение температуры, в слой катализатора помещают двойные трубы, выполняющие функции теплообменника (см. ч. I, рис. 112). Азотоводородная смесь поступает в колонну синтеза сверху, проходит вниз в кольцевом пространстве
ГазоВая смесь
теле реакции ES^^j смесь
Рис. 18. Колонна синтеза аммиака под средним давлением:
/ — крышки; 2 — корпус колонны; 3 — катализаторная коробка; 4 — теп-лообменные трубы; 5 — тепловая изоляция; в — колосниковая решетка; ? — центральная труба; 8 — теплообменник
между стенками основного корпуса и катализаторной коробки, предохраняя корпус колонны от нагревания, и снизу вверх поступает в межтрубное пространство теплообменника. Затем по центральной трубе проходит в верхнюю часть катализаторной коробки и поступает в двойные трубы, погруженные в слой катализатора; вначале по узкой внутренней трубке сверху вниз, затем поднимается вверх по кольцевому пространству между узкой и широкой трубами, откуда поступает через слой катализатора сверху вниз, и, пройдя по трубам теплообменника, выходит снизу колонны синтеза. Гидродинамический режим в слое катализатора близок к идеальному вытеснению, а температурный режим является типично изотермическим.
